Gerenciando o Sistema de Medição

A finalidade deste artigo é colaborar na reflexão e conscientização de todos os níveis das empresas - desde a alta administração ao usuário dos instrumentos - quanto aos cuidados e metodologias adotadas para o gerenciamento do sistema de medição sem pretender esgotar o assunto. Também é preocupação iniciar a troca de experiências e coleta de relatos de quem vivência a rotina dos sistemas de medição.

As empresas são gerenciadas através de dados. Estas empresas necessitam de

dados para tomada de decisão. Por exemplo, para ajustar um processo, aprovar ou reprovar uma peça produzida. E estes dados são freqüentemente baseados em resultados de medição através de algum instrumento ou meios de medição.

Quando você utiliza um instrumento ou meio de medição têm certeza de que a leitura está correta? Em principio, todos nós acreditamos que se o instrumento foi calibrado, está com o famoso selo de calibração, então a medida realizada também está correta. Será mesmo?

E mais, você acredita que o método de medição utilizado é confiável? Tem certeza? Imagine duas pessoas que realizam a mesma medição – quais serão os resultados? De antemão é possível afirmar: dificilmente teremos os mesmos resultados, apesar de serem as mesmas peças e os mesmos instrumentos. O que poderia estar influenciando? Afinal de contas como posso saber qual é a leitura correta?

Um sistema de medição (instrumento ou dispositivo, operador, meio ambiente, peças, etc...) sofre a influência de diversos fatores quando realizamos a medição. E, em princípio fica difícil afirmar se é correta uma leitura obtida. Esta condição vale para qualquer instrumento ou sistema de medição. O estudo destes fatores e seu comportamento ao longo do tempo devem permitir que se possa aumentar a confiança e a certeza da leitura obtida. Quanto mais os valores se aproximarem do real mais confiável é um sistema de medição e mais certeza que as decisões podem ser seguras.

A análise do sistema de medição - M.S.A (Measurement Systems Analysis) é uma metodologia estatística desenvolvida para estudar e analisar o comportamento do sistema de medição e, proporcionar o aumento de confiança e certeza na leitura obtida nos instrumentos. Aplica-se usualmente a sistemas cuja medição pode ser replicada, mas já existem meios de se avaliar instrumentos cuja medição não é possível de ser replicada.

Um sistema de medição que não propicia a certeza ou confiança na medição pode levar a empresa a realizar grandes investimentos na aquisição de instrumentos e outros meios de medição. É importante identificar o que pode causar esta deficiência, antes de tomar a decisão. E, estudos mal elaborados podem fazer com que a empresa direcione seus recursos para o lugar errado ou, talvez, que não precisem ser realizados. Ou seja, a sua empresa pode estar comprando instrumentos mais caros ou com mais recursos do que o que realmente você precisa. Ou ainda, pode estar utilizando o instrumento errado.

Não existe um sistema de medição ideal. O sistema de medição ideal seria aquele que produziria somente medidas "corretas" todas as vezes que fosse utilizado. A medida coincidiria sempre com o padrão de referência.

Um sistema de medição deste tipo diz-se que possui propriedades estatísticas de variância zero, tendência zero e probabilidade zero de classificação errônea em qualquer produto que medisse. Portanto, como o sistema ideal não existe é atribuição dos gerentes adequar seus sistemas de medição, para obter as propriedades estatísticas adequadas ao trabalho executado e às necessidades do produto. Os gerentes têm a responsabilidade de identificar as propriedades estatísticas mais importantes para o uso

dos dados. É responsabilidade também assegurar que tais propriedades sejam a base para escolher o sistema de medição.

Apesar das diferenças possíveis, existem algumas propriedades estatísticas que todos os sistemas devem ter:

§ o sistema de medição deve estar sob controle estatístico, o que significa que a variação no sistema é devida somente a causas comuns e não a causas especiais (lembra-se do CEP ?);

§ a variabilidade do sistema de medição deve ser pequena se comparada com a variabilidade do processo de manufatura;

§ a variabilidade do sistema de medição deve ser pequena quando comparada com os limites de especificação;

§ os incrementos de medida devem ser pequenos em relação ao que for menor, entre a variabilidade do processo ou os limites de especificação.

Regra prática: os incrementos não devem ser maiores que um décimo do menor valor entre a variabilidade do processo ou os limites de especificação. No manual de M.S.A esta regra é amplamente recomendada.

Cada instrumento de medição deve ser utilizado conforme a aplicação estabelecida e recomendações de uso do fabricante. Alguns pontos são muito importantes para uso correto:

• Sem dúvida alguma ler corretamente a escala do instrumento ou equipamento é fundamental. É preciso ter em mente, em primeiro lugar, o tipo de medição a ser feita e selecionar o meio de medição compatível. Isto deverá estar claramente indicado no seu Plano de Controle.

• Passo seguinte é avaliar o tamanho da grandeza que se espera obter e, escolher o meio de medição compatível para que se possa evidenciá-lo. Por exemplo: se vamos obter algo como 1,5 metros, uma régua de 30 cm não é o meio mais adequado, ainda que seja possível utilizar.

• O terceiro passo é avaliar a resolução requerida. Se necessitarmos de medições nas casas decimais, centesimais ou mesmo milesimais, é preciso verificar a resolução adequada do instrumento. Esta escolha é feita em função da tolerância da medida / característica a ser verificada. Por isto, deverá também, estar indicada no Plano de Controle. Por exemplo: se um paquímetro tem resolução, ou precisão de leitura, de 0,02 mm isto significa que nossas leituras terão múltiplos de 0,02 que é, a menor casa decimal possível. Desconfie se alguém obtiver uma leitura 2,03, por exemplo.

Estes são alguns dos fatores que permitirão a leitura correta. E a leitura correta, dentro da tolerância especificada implicará na aceitação ou não da característica obtida. Em resumo, dependendo da precisão, pequenas diferenças podem significar uma decisão contrária ou, podem ser irrelevantes. Pode também significar a aquisição de instrumentos mais caros, talvez não necessários ao processo / característica que você está medindo.

Muitos dos erros possíveis estão diretamente relacionados com as condições ambientais de uso e de calibração. A iluminação, por exemplo, deve ser suficiente para permitir a visualização da escala e dos cursores. A iluminação contribui para o erro de paralaxe, por exemplo. Este erro, dependendo da posição dos olhos no momento da leitura, pode permitir uma falsa projeção do traço e, conseqüentemente teremos uma falsa leitura da medida. Para que não ocorra, deve-se ter boa iluminação e o posicionamento de leitura deve ter o instrumento em posição perpendicular à linha de visão e não tão próximo aos olhos. Outro caso é a temperatura. A dilatação de um corpo é proporcional ao seu coeficiente de dilatação ao aumento de temperatura, e à sua dimensão inicial. A dilatação afeta o funcionamento dos mecanismos, modificam as

dimensões das peças, provocando erros de medição. Portanto, peças que requerem mais precisão devem ser medidas após o resfriamento à temperatura.

Os instrumentos devem ser periodicamente aferidos com o respectivo padrão; e, durante a medição, as superfícies de contato da peça e do instrumento devem estar perfeitamente limpas; as partes móveis devem estar sempre ajustadas e seus deslizamentos devem ser suaves; o manejo deve ser cuidadoso e não se deve exercer pressão excessiva nos instrumentos, evitando-se também choques, para não produzir desajustes; devem ser mantidos cuidadosamente limpos e em estojos adequados; devem ser guardados em lugar exclusivo para instrumentos e protegidos adequadamente – veja recomendações do fabricante.

Um instrumento calibrado deve ser utilizado nas medições a serem executadas. Havendo um programa de calibração estes instrumentos terão condições adequadas de uso no que se refere à garantia de comparação com padrões de medição. Um instrumento calibrado nos indica a medida correta como se tivéssemos efetuando com o próprio padrão.Obviamente, um instrumento correto deve ser escolhido considerando-se a especificação da medida / grandeza.

Sempre que ocorrer danos aos instrumentos, quedas, erros de leitura, estes devem ser segregados (separados em local que seja garantido contra usos indevidos) e, uma verificação deve ser solicitada ou executada. É necessário ter certeza de que a calibração não foi afetada. É necessário saber se as partes continuam funcionando, etc. Todas as falhas requerem que haja uma identificação para que se proceda a correta avaliação e manutenção do instrumento. O mesmo é válido para os danos. Coloque uma etiqueta indicando a falha que ocorreu e a sua suspeita. Envie o instrumento ao responsável pelas calibrações.

Todo resultado de uma medição possui erros e desvios. Um sistema de medição, mesmo corretamente, pode não obter um mesmo valor na medição de uma peça. Este desvio é atribuído ao operador e ao instrumento. A variação observada ocorre devido à variação no sistema de medição e a variação do produto a ser medido. Estas diferenças podem ser causadas por:

• Métodos e procedimentos inadequados • Condições do operador • Condições do ambiente • Imperfeição das partes a serem medidas • Variações causadas em função do tempo O controle das variações dos resultados de medições é importante para: • Verificar a sua qualidade, estabelecendo médias e desvios. • Verificar a estabilidade no decorrer do tempo • Estabelecer a previsibilidade • Obter coerência

As empresas precisam manter um Programa de Confiabilidade Metrológica que

consiste em manter os sistemas de medição estáveis (sob controle), efetuando verificações programadas em seus equipamentos, métodos e operadores envolvidos. Os testes de medição dos sistemas têm por objetivo realizar duas grandes verificações:

§ Compreender o processo de medição e determinar se irá satisfazer todas as exigências;

§ Uma vez considerado aceitável, verificar se continua apresentar as propriedades estatísticas apropriadas;

A primeira verificação tem dois objetivos:

§ Determinar se o sistema possui ou não as propriedades estatísticas

necessárias. Este teste deveria ser realizado durante o planejamento do sistema de medição e, se aprovado, poderá ser utilizado na fábrica.

§ Descobrir quais fatores possuem uma influência significativa no sistema de medição. Por exemplo, verificar se a temperatura influi no resultado. Caso seja verdadeiro será necessário operar num ambiente de temperatura controlada. Caso contrário, pode ser realizado na fábrica sem preocupação.

O passo inicial, portanto, é verificar se a variável correta esta sendo medida. É

imprescindível esta verificação, pois, se a variável errada estiver sendo medida, independente de qualquer resultado ou propriedade, simplesmente está sendo consumido recursos sem a contrapartida dos benefícios. Não existe uma fórmula pré-definida para identificar se uma variável é correta. A melhor forma é guiar-se pelo Plano de Controle, realizando a avaliação do sistema de medição para as características definidas nele. É claro que, quanto melhor for o Plano de Controle, maior será a confiança neste procedimento.E o Plano de Controle deve ter origem no FMEA – para que se possa avaliar adequadamente os riscos envolvidos.

Os procedimentos utilizados para a verificação do sistema de medição avaliam as seguintes propriedades estatísticas: estabilidade, exatidão / tendência, linearidade, repetibilidade e reprodutibilidade. Tais procedimentos devem responder a três questões:

§ O sistema de medição tem a especificação adequada? § O sistema de medição é estável ao longo do tempo? § As propriedades estatísticas são consistentes sobre a faixa esperada e

aceitável para análises e controle do processo?

Um outro objetivo de se estudar o sistema de medição é obter informações relativas ao tamanho e aos tipos de variação de medição associada com um sistema de medição quando este interage com seu meio ambiente. Esta informação é valiosa, uma vez que, para o processo comum de produção, é muito mais prático reconhecer desvios na calibração e repetibilidade e, estabelecer limites razoáveis para eles do que fornecer dispositivos extremamente exatos com repetibilidade muito alta. Tais estudos podem proporcionar:

§ Um critério para aceitar novos equipamentos de medição; § Uma comparação entre dispositivos de medição; § Uma base para avaliar um dispositivo de medição suspeito de deficiências; § Uma comparação para equipamentos de medição antes e depois de reparado; § Um componente para o cálculo da variação do processo, e o nível de

aceitação para um processo produtivo; § Informações necessárias para estabelecer uma curva de desempenho do

dispositivo de medição, que indica a probabilidade de aceitar uma peça para cada valor real

A análise do sistema de medição é usada para descrever a variação do sistema de

medição caracterizada por: § Localização: estabilidade, tendência / exatidão, linearidade.

§ Largura ou dispersão: Repetibilidade e Reprodutibilidade

Dois outros aspectos importantes também devem ser analisados: § A discriminação do sistema de medição – o quanto o instrumento consegue

efetivamente ler, “identificar” e detectar uma variação da característica – use a regra dos 10 sugerida no manual do M.S.A;

§ Como quantificar o efeito da variação própria da peça na variação total do sistema de medição.

A revisão 2000 da ISO 9000 não traz nada de especial ao que já era conhecido

anteriormente. O texto é verificado na clausula 7.6 - Controle de dispositivos de medição e monitoração. Para auxiliar o entendimento, vejamos o resumo a seguir:

A empresa deve controlar, aferir / calibrar e manter os equipamentos de inspeção, medição e ensaios (próprios, alugados, fornecidos pelo cliente), para demonstrar a conformidade do produto com os requisitos especificados. Por equipamentos devemos entender: instrumentos, dispositivos e equipamentos, bem como softwares. A empresa deve ter um sistema que evidencie os controles citados abaixo:

§ Equipamento deve ser selecionado em função da medição a ser feita e a exatidão necessária;

§ Os equipamentos que medem características do produto devem ser identificados, aferidos / calibrados em intervalos previstos, ou antes, do uso. Na aferição calibração deve ser utilizado equipamentos certificados nacionalmente. Quando não existirem tais padrões deve-se documentar a base utilizada.

§ Procedimentos documentados para aferição / calibração; § Os equipamentos devem ter a precisão e a exatidão necessárias; § Identificar os equipamentos para mostrar a situação da aferição; § Manter registros de aferição / calibração; § Avaliar e documentar a validade de resultados obtidos, quando os

equipamentos utilizados forem encontrados fora de aferição / calibração; § Assegurar condições ambientais para aferição, inspeção, medição e ensaios; § Assegurar manuseio, preservação e armazenamento adequados para manter a

exatidão e adequação ao uso dos equipamentos; § Proteger as instalações.

O texto da ISO TS 16949:2002 é semelhante ao da ISO 9001:2000, mas o

requisito de M.S.A é dado na cláusula 7.6.1 que é clausula adicional. Os requisitos adicionais a ISO 9000 necessários à ISO TS 16949 visando direcionar para as necessidades específicas do setor automotivo, são:

§ Os equipamentos / meios de medição da ferramentaria também estão inclusos neste requisito. O conceito adotado na ISO 9001:1994 os deixava de fora;

§ No caso de utilizar recursos internos para calibração é necessário atender ao requisito ao Requisito do Laboratório do Fornecedor, incluindo escopo e pessoal qualificado;

§ Pode-se utilizar laboratório comercial independente qualificado conforme o requisito de Laboratórios Credenciados.

§ Obs: Um laboratório deve atender ISO 17025 da ISO/IEC ou equivalente nacional. Não é relevante ser certificado o seu sistema de qualidade.

§ Não havendo laboratório qualificado, deve-se utilizar os serviços do fabricante original;

§ A calibração estende-se aos instrumentos / equipamentos pertencentes aos empregados;

§ Ênfase à análise do sistema de medição (M.S.A) conforme a edição em vigor. Qualquer outro método de M.S.A precisa de aprovação do cliente.

O manual de M.S.A utilizado na industria automotiva já está na sua 3ª edição. E esta foi elaborada pelo M.S.A Workgroup, uma força-tarefa com apoio da ASQ – American Society for Quality e do AIAG – Automotive Industry Action Group e foi sancionado pelas Big Three (Ford, GM e DaimlerChrysler) – através do Supplier Quality Requirements Task Force.

A primeira edição do manual surgiu em 1990 – editado pelo AIAG a partir de trabalhos realizados nas montadoras, porém cada uma a seu modo. O objetivo era padronizar os guias de M.S.A das Big Three. A segunda edição surgiu em 1995 – e introduziu contribuições e experiências baseadas no uso da metodologia. Já a terceira edição foi publicada em 2002 – e introduziu novas contribuições e experiências; e, realizou adequação à QS 9000 / ISO TS 16949.

O que há de novo na terceira edição? É possível observar uma forte constatação do papel da equipe de APQP (planejamento avançado da qualidade) - que desempenha papel fundamental na definição dos instrumentos de medição à partir da definição das características à serem controladas.

Há uma referência muito forte quanto ao uso de FMEA com a finalidade de definir claramente os riscos e adotar o instrumento de medição adequado à real necessidade. Para um bom resultado também há a necessidade de bons conhecimentos de estatística e noções firmes de GD&T (Tolerância Geométrica).

Como no APQP há uma etapa de planejamento, conseqüentemente há uma ênfase muito forte no Planejamento do M.S.A – que é muito importante para garantir os bons resultados do sistema de medição através da escolha adequada e econômica dos meios de medição – seja instrumentos, seja dispositivos de controle , seja software. Um plano de M.S.A é elaborado à partir da definição das características especiais ou significativas (depende da literatura adotada) e da análise de FMEA.

Há o reforço de que os fatores envolvidos na variação das medições vão além do operador e equipamento (meio de medição) – usualmente observado nos estudos de R&R (repetibilidade e reprodutibilidade) – e esta, é uma das grandes novidades, pois, promove a expansão / esclarecimentos dos conceitos utilizados.

O novo manual de M.S.A traz uma dedicação maior no M.S.A por atributos e, também uma dedicação muito forte ao M.S.A de instrumentos não replicáveis. Embora o foco continue sendo os meios de medição que são replicáveis, ele já dedica uma parcela maior de tempo aos demais casos, se comparado com a edição 2 do manual.

Por já estar consolidado a idéia do M.S.A foi reduzido a ênfase nos cálculos – que era muito forte na edição 2. Agora se preocupam mais em explicar como fazer e deixam os cálculos para os livros de estatística. Portanto, uma tentativa de tornar mais amigável a leitura do manual.

Há uma preocupação maior com o processo: comparação com a medição de Cpk, discussão sobre influência da manutenção preventiva, e incerteza de medição.

Um planejamento e gerenciamento adequado do sistema de medição visa, portanto, proporcionar economia com os recursos de inspeção (instrumentos, dispositivos de controle, etc...) e, mesmo com o intervalo das inspeções. Pense seriamente nisto na próxima vez que for realizar uma medição ou elaborar um plano de controle ou ainda, planejar um meio de medição.

Este texto foi adaptado do treinamento “M.S.A - Análise do Sistema de Medição – 3ª edição” – realizado por Sergio Canossa – sócio da Sercan Treinamento e Consultoria. - possui 20 anos de experiência nas áreas de qualidade e treinamento. É Auditor líder de ISO9000, QS9000, ISO/TS 16949 e ISO 14001. Formação de Black Belt Seis Sigma. Tem atuado em empresas de diversos portes e setores, bem como em entidades como o Ciesp, SENAI e Sindipeças. Dúvidas, sugestões, melhorias, contatos – Fone / fax: (11) 4343 6415 – e-mail: scanossa@uol.com.br . É permitida a distribuição e a utilização deste artigo, desde que citada a fonte.